POLITECHNIKA LUBELSKA w LUBLINIE	Laboratorium fizyki
		Ćwiczenie EM 7.1
Nazwisko i imię: Smołka Jakub		Semestr Trzeci	Grupa ED 3.7	Rok akademicki 99/ 00
Temat ćwiczenia Wyznaczanie równoważników elektrochemicznych metali, stałej Faraday'a i ładunku elementarnego.			Data wykonania 1999. XI. 30.	Ocena

1. Opis metody.

Rys.1. Schemat układu pomiarowego.

Pomiary przeprowadza się w woltametrze miedziowym, który włączony jest do obwodu prądu stałego. Układ pomiarowy jest przedstawiony na rysunku. Elektrody wykonane są z miedzi. Elektrolit stanowi wodny roztwór CuSO₄. Podczas przepływu prądu na katodzie zachodzi reakcja redukcji, w wyniku, czego zredukowane jony miedzi odkładają się na tej elektrodzie. Na anodzie zachodzi reakcja utleniania miedzi, co prowadzi do pojawiania się w roztworze nowych jonów tego pierwiastka. Dzięki temu procesowi stężenie elektrolitu pozostaje stałe w trakcie elektrolizy.

Korzystając z pierwszego prawa Faraday'a, które mówi, że masa substancji wydzielonej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ładunku, jaki przepłynął przez elektrolit, można wyznaczyć równoważnik elektrochemiczny wyrażający się wzorem:
, gdzie:
- ładunek, który przepłynął przez elektrodę, I-natężenie prądu (jeżeli natężenie prądu zmienia się w trakcie elektrolizy należy obliczyć wartość średnią wartości odczytywanych w równych odstępach czasu), t- czas trwania elektrolizy, m- masa wydzielona na elektrodzie.

Równoważnik elektrochemiczny jest równy liczbowo masie substancji wydzielonej w procesie elektrolizy na jednej z elektrod podczas przepływu ładunku jednostkowego.

Z drugiego prawa Faraday'a, które mówi, że masy substancji wydzielonych podczas przepływu takiego samego ładunku elektrycznego przez różne elektrolity są wprost proporcjonalne do odpowiednich współczynników elektrochemicznych, wynika, że dla danego pierwiastka:

, gdzie: F- stała Faraday'a, k- równoważnik elektrochemiczny,
- równoważnik chemiczny, A- masa atomowa, z- wartościowość.

Stała Faraday'a jest liczbowo równa ładunkowi, który przepływając przez elektrolit powoduje wydzielenie na elektrodzie masy równej równoważnikowi chemicznemu danej substancji.

Równoważnik chemiczny jonów jednowartościowych jest równy jego masie molowej, a więc przepłynięcie przez elektrodę ładunku równego stałej Faraday'a spowoduje wydzielenie jednego mola substancji, a więc:
, gdzie: e- ładunek elementarny, F- stała Faraday'a, N_A- liczba jonów w jednym molu substancji (liczba Avogadra).

2. Tabela pomiarów i obliczeń.

Lp.
	0,28816	0,28882	1,0364	1799,97	3,54·10^-^7	89798	1,49·10^-^19
	0,28882	0,28969	2,1236	1200,20	3,41·10^-^7	93073	1,55·10^-^19

;
;

3. Przykładowe obliczenia.

gdzie: k- równoważnik elektrochemiczny, I- natężenie prądu, t- czas trwania elektrolizy, R- równoważnik chemiczny, F- stała Faraday'a, e- ładunek elementarny

4. Dyskusja błędu (dla pomiaru nr 2).

Do pomiaru prądu użyto miernika o klasie dokładności 1. Zakres miernika wynosił 3 [A] natomiast liczba działek 75. Do pomiaru czasu wykorzystano sekundomierz o dokładności 0,01 [s], czas potrzebny na włączenie i zatrzymanie pomiaru czasu przyjęto po 0,1 [s]. Niedokładność pomiaru masy jest równa masie najmniejszego odważnika.

;
;

Błąd względny maksymalny wyraża się wzorem:

4.1. Obliczanie błędu względnego maksymalnego dla równoważnika elektrochemicznego.

Uwzględniając, że:
;
;
;
;
i podstawiając wartości otrzymujemy wartość błędu maksymalnego względnego:

Błąd bezwzględny maksymalny wynosi:

Natomiast błąd względny popełniony wynosi:

i jest mniejszy od błędu maksymalnego.

4.2. Obliczanie błędu względnego maksymalnego dla stałej Faraday'a.

Przyjmując wartość równoważnika chemicznego za dokładną, i uwzględniając, że:

;
;
;
;

można otrzymać wyrażenie na błąd względny maksymalny:

Błąd bezwzględny maksymalny wynosi:

4.3. Obliczanie błędu względnego maksymalnego dla ładunku elementarnego.

Błędy względne
i
są sobie równe ponieważ:
;

wobec czego błąd bezwzględny maksymalny wynosi:

4.4. Wnioski.

Z analogiczne przeprowadzonych obliczeń dla pomiaru nr 1 wynika, że błąd względny popełniony jest większy niż błąd względny maksymalny. Oznacza to, że pierwszy pomiar był nieudany.

1

---